Н. Ю. Модели уроков по квантовой физике с элементами медиаобразования (2000). Соколова Н. Ю. Модели урок

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6

Экскурсоводы работают с туристами внутри пирамид примерно по четыре часа в день, и доза облучения, получаемая ими почти вдвое ниже допустимой. Для туристов кратковременное пребывание в пирамиде безвредно".
а). Что вы знаете о египетских пирамидах? Как и из чего их строили? Каков их возраст? Пользуясь справочником, найдите период полураспада урана. Сравните полученные величины. Как по-вашему, изменится ли эта опасная ситуация в течение следующих нескольких лет? Почему?
б). Напишите уравнения радиоактивных превращений, в результате которых образуется радон. Радиоактивное семейство урана:
(a)® (b)® (b)® (a)® (a)® (a)® (a)®…® .
Для формирования умения устанавливать ассоциативные связи между информационными сообщениями учитель предлагает учащимся провести дома модельный эксперимент (6, с.50). Эксперимент позволяет понять суть статистического характера радиоактивного распада:
Для проверки статистического характера радиоактивного распада проделайте такой модельный эксперимент: поместите в коробку 30 или более одинаковых монет или пуговиц. Встряхните и высыпьте на стол с некоторой высоты. Монеты, выпавшие тыльной стороной ("распавшиеся ядра") положите в сторону, а остальные -"не распавшиеся ядра" вновь поместите в коробку, встряхните и также высыпьте на стол.… Повторить процедуру несколько раз. По результатам опыта постройте график зависимости числа N монет, не выпавших тыльной стороной (числа "не распавшихся ядер") от номера x выбрасывания (x=t/T). Соедините точки плавной кривой. Сравните полученую вероятностную кривую с кривой радиоактивного распада. Как можно было улучшить качество эксперимента? Сделайте вывод о характере и границах применимости закона радиоактивного распада.
Урок 18
Тема: Состав ядра. Ядерные силы.
Цели урока:
a) Обучения: познакомить с протонно- нейтронной моделью ядра, ввести новые силы, существенно отличающиеся от ранее известных учащимся.
b) Развития: способствовать формированию исследовательских способностей, развивать умение анализировать факты и явления на основе теоретических представлений.
c) Воспитания: приобщать учащихся к достижениям отечественной науки.
d) Медиаобразования: формирование умения визуальную информацию переводить в вербальную знаковую систему, вычленять главное в информационном сообщении, отчленять его от "белого шума".

Лекцию по новой теме можно сопровождать показом диапозитивов "Строение ядра" или соответствующими кадрами диафильма "Строение атома и атомного ядра".Сообщение о модели ядра Иваненко-Гейзенберга традиционно иллюстрируется схематическими рисунками моделей ядер атомов разных химических элементов. Здесь уместно обсудить такой вопрос: почему речь снова идет о построении модели? Для чего она нужна? Чем реальный объект отличается от его модели?
Периодически во время урока внимание учащихся полезно обращать к учебнику, например, так:
-Познакомьтесь с описанием в учебнике опыта Д.Чедвика. В чем суть опыта?
-В тексте §83 найдите и поясните главные свойства ядерных сил.
-Как вы понимаете такую аналогию: Ядерные силы -это "богатырь с короткими ручками"?
Урок 19
Тема: Энергия связи атомных ядер.
Цели урока:
a) Обучения: познакомить учащихся с диаграммой энергии связи атомных ядер, лежащей в основе выводов о поглощении или выделении энергии в ядерных реакциях, формировать умение определять энергию связи.
b) Развития: развивать монологическую речь, умение применять теоретические знания для решения задач, способствовать развитию воображения, образного и логического мышления.
c) Воспитания: способствовать расширению кругозора учащихся, приобщать их к достижениям современной науки.
d) Медиаобразования: формировать умение извлекать из предложенной информации данные и представлять ее в табличной форме, формировать умение устанавливать ассоциативные связи между информационными сообщениями, выделять главное в информационном сообщении.

Для наглядности при объяснении понятия "дефект масс" можно продемонстрировать пластилиновую модель. На одну чашку рычажных весов помещаются четыре (можно взять и другое число) пластилиновых шарика, изображающих 2 протона и 2 нейтрона. На вторую - казалось бы такие же шарики, слепленные вместе, имитирующие ядро атома гелия. Но на самом деле масса "ядра" делается несколько меньше массы отдельных частиц и поэтому весы не находятся в равновесии.
Для домашнего выполнения можно предложить задание по справочнику:
-Пользуясь записями в тетради, справочником по физике и учебником, составьте хронологическую таблицу открытий в области строения атома и атомного ядра, которые привели Д.Д.Иваненко и В.Гейзенберга к созданию протонно-нейтронной модели ядра. Таблица, составленная по справочнику, может выглядеть так:

Год Некоторые знаменательные события в истории развития физики атома и атомного ядра Ученый
V-IV вв. до н.э. Выдвинута идея о зернистом строении вещества и об атоме как простейшей и неделимой частице Демокрит
1744-1750 Впервые разграничены понятия молекулы и атома ("корпускулы" и "элемента"), введены представления о молекулярном строении вещества М.В.Ломоносов
1869 Открыт периодический закон химических элементов Д.И.Менделеев
1897 Открыт электрон Д.Томсон
1896 Открыта естественная радиоактивность А.А.Беккерель
1900 Выдвинута гипотеза об испускании атомами электромагнитной энергии отдельными порциями М.Планк
1902-1903 Открыт закон радиоактивного распада Ф.Содди,Э.Резерфорд
1905 Выдвинута гипотеза о квантовом характере светового излучения А.Эйнштейн
1911 Открыто существование атомного ядра, создана планетарная модель атома Э.Резерфорд
1913 Предложена квантовая теория атомаЭкспериментально доказана дискретность уровней энергии атомов Д.Франк, Г.Герц
1919 Осуществлена первая ядерная реакция Э.Резерфорд
1932 Открыт нейтронПредложена протонно-нейтронная гипотеза строения ядра Д.Д.Иваненко,В.Гейзенберг
Урок 20
Тема: Ядерные реакции.
Цели урока:
a) Обучения: ознакомить учащихся с ядерными реакциями, с процессами изменения атомных ядер, превращением одних ядер в другие под действием микрочастиц, научить находить энергетический выход ядерных реакций.
b) Развития: развивать наблюдательность, все виды памяти, развивать умение анализировать факты и явления на основе теоретических представлений.
c) Воспитания: способствовать формированию коммуникативной и эмоциональной культуры.
d) Медиаобразования: формировать умение трансформировать информацию, видоизменять ее форму, вычленять главное в информационном сообщении, отчленять его от "белого шума", понимать задания в различных формулировках и контекстах, формировать умение устанавливать ассоциативные связи между информационными сообщениями.

Во время лекции учителя (желательно в сочетании с соответствующими кадрами д/ф "Строение атома и атомного ядра" или диапозитивами из серии "Оптика"). Строение атома" учащиеся составляют в тетради конспект, записывая исторические факты, уравнения ядерных реакций, понятие энергетического выхода ядерных реакций. Выполняя упражнения на запись реакций, важно научить правильно читать уравнения и, наоборот, записывать уравнения по их словесному описанию.
Иногда во время урока внимание учащихся полезно обращать к учебнику, например, так:
-Пользуясь текстом §85, объясните, почему для осуществления ядерных реакций необходимы ускорители. Как вы понимаете - что это такое?
При помощи справочника (2, с.192) учащиеся могут познакомиться с разными формами записи ядерных реакций. Сокращенная запись реакций достаточно проста, и поэтому учащиеся без дополнительного объяснения учатся пользоваться ею.
К этому уроку можно предложить задание по Хрестоматии (3, с.199-202):
-Ознакомьтесь с отрывком "Из статьи Н.Бора "Превращения атомных ядер".
-Какие модели ядерных превращений предлагает Н.Бор?
-Какова роль моделей в теоретических исследованиях по физике?
Для учащихся, имеющих доступ к Интернету, можно предложить следующие задания:
-Подготовьте информационное сообщение о том, какие сейчас есть научные институты, проводящие ядерные исследования. Выпишите их названия, местонахождения, основные направления исследований.
-Найдите информацию об Объединенном институте ядерных исследований, о новых научных результатах, полученных в лабораториях ОИЯИ, о ходе крупных экспериментов, создании новых установок, открытиях, изобретениях и т.д. Об этом сообщает Информационный бюллетень "Новости Объединенного института ядерных исследований", который выходит 4 раза в год на сайте института (ru/).
Урок 21
Тема: Деление ядер урана. Цепная ядерная реакция.
Цели урока:
a) Обучения: ввести понятие о реакции деления ядер как физическом явлении, сформировать представления о механизме деления ядер и цепной реакции деления, сформировать умение характеризовать (описывать) ядерные реакции - использование законов сохранения, расчет энергетического выхода, рассмотреть причины деления тяжелых ядер.
b) Развития: развить интерес к изучаемому материалу постановкой энергетических проблем человечества, способствовать развитию воображения, образного и логического мышления.
c) Воспитания: продолжить знакомство с историей зарождения ядерной физики, показать вклад отечественных физиков в исследование цепных реакций.
d) Медиаобразования: формировать умение вычленять главное в информационном сообщении, отчленять его от "белого шума", визуальную информацию переводить в вербальную знаковую систему, формировать умение устанавливать ассоциативные связи между информационными сообщениями.

Механизм цепной реакции учитель может наглядно представить в модельном эксперименте со спичками. Для этого круглая коробочка заполняется обыкновенными спичками головками кверху. Центральная спичка располагается выше остальных, окружающий ее ряд укладывается несколько ниже, следующий ряд от центра еще ниже и т. д. Учитель поджигает центральную спичку, и класс наблюдает, как пламя по цепочке распространяется ко всем остальным, охватывая постепенно все большее количество спичек.
Для закрепления материала демонстрируется 1-ая часть кинофильма "Ядерные реакции". Перед просмотром к/ф учитель обращает внимание учащихся на вопросы, записанные на доске:
-Какие ядерные реакции энергетически выгодны?
-Чем это объясняется?
-Что такое коэффициент размножения нейтронов?
-Как от этой величины зависит течение ядерной реакции?
Урок 22
Тема: Ядерный реактор. Атомная электростанция. (Понятие о термоядерных реакциях).
Цели урока:
a) Обучения: ознакомиться с принципами устройства и работы атомных реакторов, с атомными электростанциями.
b) Развития: развивать наблюдательность, все виды памяти, воображение, образное и логическое мышление.
c) Воспитания: рассказать о жизни и работе И.В.Курчатова как примере беззаветного служения науке и отечеству, воспитывать культуру общения.
d) Медиаобразования: формировать умение визуальную информацию переводить в вербальную знаковую систему, трансформировать информацию, видоизменять ее объем, форму, знаковую систему, носитель и др., исходя из цели коммуникационного взаимодействия и особенностей аудитории, для которой она предназначена.

К уроку одним из учащихся может быть подготовлено краткое сообщение о И.В.Курчатове (или показ д/ф или к/ф "И.В.Курчатов").
Остальным учащимся можно предложить задание самостоятельно составить вопросы к этому информационному сообщению.
После изучения устройства и работы ядерного реактора, демонстрируется 2-ая часть кинофильма "Ядерные реакции". Перед просмотром фильма на доске записываются вопросы для последующей беседы:
-Почему реакции синтеза легких ядер энергетически более выгодны?
-Каковы основные направления в исследованиях по проблеме управляемого термоядерного синтеза?
-В чем суть каждого?
На уроке полезно познакомить учащихся с классификацией реакторов (5, с.185) при помощи следующей схемы:

Задание для домашнего выполнения может быть таким:
-Как бы вы рассказали младшему школьнику (1-3 кл.или 5-7 кл.), что такое ядерный реактор и как он работает? Запишите рассказ, сделайте к нему рисунок.
Для учащихся, имеющих доступ в Интернет:
-Подготовьте сообщение о том, какую информацию можно найти в Интернете о ядерной энергии.
Урок 23
Тема: Успехи, перспективы и проблемы развития ядерной энергетики.
Цели урока:
a) Обучения: приобщить учащихся к достижениям современной науки и техники, рассказать о перспективах и проблемах ядерной энергетики.
b) Развития: развивать все виды памяти, наблюдательность, формировать умение выделять главное, анализировать.
c) Воспитания: акцентировать внимание на экологических проблемах, связанных с загрязнением окружающей среды при строительстве АЭС и эксплуатации ядерных реакторов.
d) Медиаобразования: формировать умения находить требуемую информацию в различных источниках, извлекать из предложенной информации данные и представлять ее в табличной или др. форме, воспринимать альтернативные точки зрения и высказывать обоснованные аргументы "за" и "против".

Изложение нового материала по теме можно предоставить кинофильму "Ядерная энергия в мирных целях". Школьники сами составляют вопросы и задания к к/ф, которые и выполняются в ходе обсуждения.
Один из учеников к этому уроку готовит выставку книг из школьной библиотеки (может быть и из библиотеки учителя и др.) по теме урока и делает краткий обзор выставленных книг.
В беседе об успехах, перспективах и проблемах ядерной энергетики большую роль могут сыграть информационные сообщения СМИ и задания к ним:
1. Ознакомьтесь с информацией.
"Сегодня об аварии на четвертом блоке Чернобыльской АЭС известно все. Скрупулезно исследованы причины, названы виновники, по минутам и секундам восстановлен весь ход событий, приведших к катастрофе, тщательно и многократно проверена работа и конструкция реакторов, технологическая дисциплина операторов установки…
В Чернобыле произошло то, что и должно было произойти… никакого атомного взрыва там не было, и быть не могло. Произошел "заурядный" паровой взрыв, который с таким же успехом может разорвать обыкновенную кастрюлю с водой, если ее наглухо запаять, поставить на огонь и забыть на некоторое время. Физической причиной взрыва на станции было быстрое нарастание тепловой мощности реактора четвертого энергоблока. Это произошло из-за грубейших ошибок операторов, дежуривших на пульте, и нарушений ими правил безопасности.
Авария на блоке стала в полном смысле экологической, хотя и относительно локальной, катастрофой. Воздушные потоки понесли радиоактивные продукты над поверхностью земли. Началось загрязнение атмосферы, почвы, растительности и воды. Сотни тысяч людей были эвакуированы, тысячи поражены излучением, тридцать один человек погиб. Выведены из пользования сотни тысяч гектаров земли, заражены радиоактивностью сотни рек и ручьев. На громадной территории выпали радиоактивные дожди, вызвав тревогу у сотен миллионов людей не только в нашей стране, но в Центральной и Северной Европе".
а). Как вы понимаете выражение "радиоактивные дожди"?
б). Какие меры вы могли бы предложить для предотвращения подобной катастрофы?

2. Ознакомьтесь с информацией.
"Есть у атомной энергетики серьезные проблемы. Одна из них - захоронение отходов. Радиоактивные отходы АЭС губительны для всего живого. Оставлять их в отвалах, как это делают с угольной золой, нельзя. Сжечь, переплавить - тоже. Тем более что "отходами" в конечном итоге становится практически все оборудование АЭС. Через 25-30 лет - а именно на такой срок эксплуатации рассчитаны атомные станции - их оборудование приходится демонтировать и… куда-то девать. Куда? Пока никто не знает. В мире просто нет еще такого опыта. Пока отработавшие графитные блоки в свинцовых контейнерах опускают в глубокие шахты, топят в океанах, заливают жидким стеклом. Сейчас таких отходов еще относительно мало - а когда их будет тысячи тонн?..
Что делать? Отказаться от АЭС, как это требуют многие? Вряд ли это удастся. Потому что серьезной альтернативы атомной энергетике пока еще нет. Во всем мире действуют 440 атомных электростанций. Их доля в производстве электроэнергии уже превысила 18 процентов, а общая мощность АЭС ежегодно возрастает на 8-10 процентов. Выход только один: совершенствовать конструкции ядерных аппаратов, технологии производства энергии и захоронения отходов, повышать надежность систем управления и их главного звена - человека".
а). Почему так остро стоит проблема захоронения отходов АЭС?
б). Почему "сжечь, переплавить" радиоактивные отходы нельзя?

3. Ознакомьтесь с информацией.
"Распространение атомной энергии - это единственный способ спасти нашу планету. Есть уже места на Земле, где из-за сжигания угля возникла катастрофическая ситуация. А, тем не менее, потребности в энергии растут. По подсчетам некоторых специалистов, к 2050 году потребуется в 20 раз увеличить ее производство!
"Есть газ и его очень много!" - утверждают противники АЭС. Но они забывают, или умышленно умалчивают, что его стоимость год от года возрастает. А самое главное - идет глобальное потепление на планете. Углекислый газ выделяется в огромном количестве, и нет сегодня технологий, способных нейтрализовать этот процесс.
В развитых странах поставлена задача: снизить выбросы углекислого газа в 2000 году до уровня 1990 года. Но это пока не удается. И, вероятно, не удастся, если не развивать атомную энергетику".
а). Составьте задания к данной информации.
б). Какими способами можно снижать выбросы углекислого газа?

4. Ознакомьтесь с информацией.
"На долю ядерной энергетики в общем производстве электроэнергии приходится: в Литве - 85 процентов; во Франции - 76,1; в Бельгии - 55,5; в Швеции и Болгарии - по 46,5 процента; в Словакии, Швейцарии, Словении, Корее, Испании, Финляндии, Германии и на Украине - более одной трети; в США - 22,5 процента; в России - 11,8".
а). Постройте циклические диаграммы доли ядерной энергетики в общем объеме электроэнергии для Франции, США и России.

5. Ознакомьтесь с информацией.
"Сейчас на 9 АЭС в России эксплуатируется 29 энергоблоков установленной мощностью 21242 МВт, в том числе 13 энергоблоков с водо-водяными реакторами, 15 энергоблоков с уран-графитовыми канальными реакторами и один энергоблок с реактором на быстрых нейтронах".
а). Составьте задания к данной информации.

6. Ознакомьтесь с информацией.
"Японские ученые обратили внимание на практически неисчерпаемые запасы энергетически ценного изотопа гелия. Им сказочно богаты недра Луны. Переработав сырье в ядерном реакторе, можно получить огромное количество экологически чистой энергии. Энергоемкость нового топлива впечатляет: контейнер лунного гелия способен обеспечивать энергией всю страну в течение года. Ради такой альтернативы атомным и тепловым станциям не жалко и ракеты гонять к ближайшему спутнику Земли".
а). Возможно ли это?
б). Каково Ваше мнение по этому проекту?
в). Почему гелий является экологически чистым топливом?

7. Ознакомьтесь с информацией.
"На немецких АЭС сейчас работают 19 реакторов, обеспечивающих 30% всего энергопотребления страны. Все они должны быть закрыты к 2021 году. Нехватку киловатт возместят электростанции, работающие на газе и солнечной энергии, а также меры по экономии энергии".
а). Почему они должны быть закрыты? Что могло послужить причиной такого решения?
б). Выскажите свои аргументы "за" и "против" этих преобразований.

Задание по Хрестоматии к этому уроку может быть таким:
Ознакомьтесь с отрывком "Из статьи Е.П.Велихова и Б.Б.Кадомцева "Управляемый термоядерный синтез" (3, с.231-235).
-Какова основная проблема в осуществлении управляемого термоядерного синтеза и как предполагается ее решение?
-Каковы преимущества термоядерных реакторов по сравнению с существующими ядерными реакторами?

Урок 24
Тема: Искусственная радиоактивность. Применение радиоактивных изотопов.
Цели урока:
a) Обучения: ввести понятие "меченые атомы", рассказать о получении и применении радиоактивных изотопов.
b) Развития: развивать память, наблюдательность, монологическую речь, умение работать с дополнительной литературой.
c) Воспитания: способствовать расширению кругозора учащихся, акцентировать внимание на экологических проблемах, связанных с применением радиоактивных изотопов.
d) Медиаобразования: формировать умение понимать задания в различных формулировках и контекстах, визуальную информацию переводить в вербальную знаковую систему, составлять план информационного сообщения, выделять главное, формировать умение аргументировать собственные высказывания.

Вместо рассказа учителя об искусственной радиоактивности и применении радиоактивных изотопов учащимся предлагается просмотр диафильма "Применение радиоактивных изотопов в промышленности, сельском хозяйстве, медицине". Перед просмотром школьники получают задание:
-Составьте план к д/ф.
-По составленному плану сделайте краткий пересказ д/ф.
Формирование умения работать со справочником можно продолжить при помощи такого задания:
-Проанализируйте таблицы справочника №266 и 267 (4, с.193-194). Первая таблица содержит сведения о некоторых изотопах и областях их применения. Во второй таблице указаны способы получения искусственных радиоактивных изотопов, получивших широкое практическое применение.
Для беседы по теме учащиеся выполняют задания на основе информационных сообщений СМИ:
1. Ознакомьтесь с информацией.
"Целый килограмм радиоактивных купюр, обнаруженных в хранилище центрального банка, пришлось уничтожить вчера в Москве... Детекторы определили, что они излучали 900 микрорентген в час.
"Это очень сильное загрязнение, - заявили в НПО "Радон". - Обычно купюры если и "светятся", то в десятки раз меньше. Нормальным для Москвы считается радиационный фон в 10-20 микрорентген. Правда, в помещениях он может быть и выше".
Купюры могли пометить каким-то изотопом спецслужбы для выявления финансовых махинаций (дачи взятки и т.п.). В МВД деньги в таких случаях покрывают короткоживущими изотопами, которые после проведения операции в течение короткого срока быстро улетучиваются. Но частные структуры могли их "запачкать" и чем-то более мощным".

Blog

Н. Ю. Модели уроков по квантовой физике с элементами медиаобразования (2000). Соколова Н. Ю. Модели урок